Direct imaging studies have mainly used low-resolution spectroscopy ($R\sim20-100$) to study the atmospheres of giant exoplanets and brown dwarf companions, but the presence of clouds has often led to degeneracies in the retrieved atmospheric abundances (e.g. C/O, metallicity). This precludes clear insights into the formation mechanisms of these companions. The Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) uses adaptive optics and single-mode fibers to transport light into NIRSPEC ($R\sim35,000$ in $K$ band), and aims to address these challenges with high-resolution spectroscopy. Using an atmospheric retrieval framework based on petitRADTRANS, we analyze KPIC high-resolution spectrum ($2.29-2.49~\mu$m) and archival low-resolution spectrum ($1-2.2~\mu$m) of the benchmark brown dwarf HD 4747 B ($m=67.2\pm1.8~M_{\rm{Jup}}$, $a=10.0\pm0.2$ au, $T_{\rm eff}\approx1400$ K). We find that our measured C/O and metallicity for the companion from the KPIC high-resolution spectrum agree with that of its host star within $1-2\sigma$. The retrieved parameters from the $K$ band high-resolution spectrum are also independent of our choice of cloud model. In contrast, the retrieved parameters from the low-resolution spectrum are highly sensitive to our chosen cloud model. Finally, we detect CO, H$_2$O, and CH$_4$ (volume mixing ratio of log(CH$_4$)=$-4.82\pm0.23$) in this L/T transition companion with the KPIC data. The relative molecular abundances allow us to constrain the degree of chemical disequilibrium in the atmosphere of HD 4747 B, and infer a vertical diffusion coefficient that is at the upper limit predicted from mixing length theory.

中文翻译：

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从高分辨率光谱中清晰地看到多云的褐矮星伴星

直接成像研究主要使用低分辨率光谱（$R\sim20-100$）来研究巨型系外行星和褐矮星伴星的大气，但云的存在常常导致所检索到的大气丰度（例如 C/ O，金属丰度）。这排除了对这些同伴形成机制的清晰见解。Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) 使用自适应光学器件和单模光纤将光传输到 NIRSPEC（$K$ 波段 $R\sim35,000$），旨在通过高分辨率光谱解决这些挑战。使用基于 petitRADTRANS 的大气反演框架，我们分析了基准褐矮星 HD 4747 B 的 KPIC 高分辨率光谱 ($2.29-2.49~\mu$m) 和存档低分辨率光谱 ($1-2.2~\mu$m) ($m=67.2\pm1.8~M_{\rm{Jup}}$, $a=10.0\pm0.2$ au, $T_{\rm 有效}\约 1400$ K)。我们发现，我们测量的 KPIC 高分辨率光谱中伴星的 C/O 和金属丰度与其主星的一致，在 $1-2\sigma$ 内。从 $K$ 波段高分辨率光谱中检索到的参数也与我们选择的云模型无关。相比之下，从低分辨率光谱中检索到的参数对我们选择的云模型高度敏感。最后，我们在这个 L/T 转换伴星中用 KPIC 数据检测 CO、H$_2$O 和 CH$_4$（log(CH$_4$)=$-4.82\pm0.23$ 的体积混合比） . 相对分子丰度使我们能够限制 HD 4747 B 大气中化学不平衡的程度，并推断出垂直扩散系数处于混合长度理论预测的上限。我们发现，我们测量的 KPIC 高分辨率光谱中伴星的 C/O 和金属丰度与其主星的一致，在 $1-2\sigma$ 内。从 $K$ 波段高分辨率光谱中检索到的参数也与我们选择的云模型无关。相比之下，从低分辨率光谱中检索到的参数对我们选择的云模型高度敏感。最后，我们在这个 L/T 转换伴星中用 KPIC 数据检测 CO、H$_2$O 和 CH$_4$（log(CH$_4$)=$-4.82\pm0.23$ 的体积混合比） . 相对分子丰度使我们能够限制 HD 4747 B 大气中化学不平衡的程度，并推断出垂直扩散系数，该系数处于混合长度理论预测的上限。我们发现，我们测量的 KPIC 高分辨率光谱中伴星的 C/O 和金属丰度与其主星的一致，在 $1-2\sigma$ 内。从 $K$ 波段高分辨率光谱中检索到的参数也与我们选择的云模型无关。相比之下，从低分辨率光谱中检索到的参数对我们选择的云模型高度敏感。最后，我们在这个 L/T 转换伴星中用 KPIC 数据检测 CO、H$_2$O 和 CH$_4$（log(CH$_4$)=$-4.82\pm0.23$ 的体积混合比） . 相对分子丰度使我们能够限制 HD 4747 B 大气中化学不平衡的程度，并推断出垂直扩散系数处于混合长度理论预测的上限。